黄河上游水资源开发利用过程中的两个生态问题研究

摘要

近年来，我国黄河上游地区水资源开发利用进程加快，随之产生的生态环境保护问题日渐突出。在上游灌区大力提倡节水灌溉的形式下，曾依靠灌溉退水和排水而广为分布的湿地面临来水量减少和面积萎缩的困境。如何协调灌区节水与湿地保护之间的矛盾成为迫切需要解决的科学问题。另外，黄河上游蕴藏丰富的水电资源，是目前我国水电开发的重点区域。大规模水电开发给当地生态环境带来不少负面影响；如果缺少适当的生态修复措施，对于生境本来就十分脆弱的黄河上游地区，可能造成严重的后果。如何减轻对生态环境造成的不利影响是当前黄河上游区水资源利用模式改变和水电开发中的一个难题。
　　本研究主要内容包括：⑴目前湿地耗水一般都是按照潜在腾发量计算的，对于植被的影响考虑不多。以我国北方湿地为例，在统计分析沼泽湿地植被盖度的基础上，分析了盖度对湿地实际腾发量与潜在腾发量之间关系的影响。在所统计的33片沼泽湿地中，植被盖度最高为95％，最低为5-10%；在70%以上的占了绝大多数，为25片，占总数的75%；盖度在50%以下的只有4片处，占总数的12%。在考虑盖度影响的情况下，实际腾发量大于当地潜在腾发量的沼泽有27片，占总数的82%；实际腾发量为潜在腾发量两倍以上的沼泽有19片，占到总数的58%。一些大型湿地不同沼泽区的实际腾发量也存在着很大的差异。⑵根据湿地植物生长季内净耗水量的大小，提出了一种湿地水文分区方法，并就利用这一方法进行湿地评价进行了探讨。结果表明，进行湿地恢复工作时，应该在区域规模上对湿地可能存在的不同水文情况进行详细的调查，对恢复的目标以及达到这个目标所需要的水量进行认真评价。由于湿地修复是耗资巨大的工程，前期的研究与评价非常必要。⑶湿地作为灌溉农业区景观的一个重要而又独特的组成部分，对于维护当地的生态系统以及减少农业非点源污染有着重要的意义，片面强调提高灌溉效率会影响湿地的生存。如果黄河上游青铜峡灌区典型区将水田间利用效率从目前0.68提高到0.90，灌溉季节地下水位将降低0.53 m，导致湿地面积萎缩17%，湿地耗水量减少11%；当输水效率从目前的0.44提高到目标值0.6，灌溉季节地地下水位将降低0.95 m，导致湿地面积萎缩30%，耗水量减少19%。提高输水效率比田间节水对湿地有更大的影响。寻找灌区湿地保护与水资源利用效率之间的平衡点是黄河上游灌区未来工作的一个焦点。⑷渣场覆盖土壤中有机质含量、以及氮、磷含量偏低等不利于植物生长，需要适当进行灌溉，并补充氮、磷肥料，提高土壤肥力，加快土壤熟化速度。位于山区沟壑内的渣场，通过覆土等工程措施改造后，形成了能够拦蓄坡面径流的平坦台地，改善了植物生长的水肥条件。采用国际上流行的水土流失预测模型-WEPP的模拟表明，在沟壑内一侧形成平台式的坡面后，通过人工覆土30c m和植物栽培等生态修复措施，可减少径流损失水量18.64%，土壤流失量30.18%。此外，灌溉和围栏等人工抚育措施改善可以减少牲畜对植被的啃食、加快地面有机物的积累过程。因此，通过生态工程措施，改善水电站建设过程中弃渣堆放场地，不仅可以避免对当地生态环境的不利影响，而且可以将有限的天然降水最大限度的进行截留，改善区域水土环境。⑸通过调查处在不同恢复期的渣场植被调查，分析了植被分布、种群演替以及土壤结构变化，并与未扰动区天然植被的比较。修复区内人工种植的乔木和灌木生长状况良好，植被覆盖度及生长状况均明显优于附近天然坡面。渣场台地区内水肥条件的改善增加了能够支持的总生物量，使得修复区能够快速建立灌木及草本植物的优势种群。在对已修复渣场生态环境调查的基础上，对新建水电站渣场生态修复方案进行了优化设计。考虑到植物生长过程中根系吸水及生长范围要求，覆土层的平均厚度应不小于20cm。对于计划种植树木的局部区域，覆土层厚度应适当增加，以便提高对水分的集蓄能力，以满足树木生长要求。

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英文摘要

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1 研究背景、目的及方法

1.1 干旱灌区湿地水文问题

1.2 黄河上游水电开发区的生态恢复问题

1.3 研究目的、方法及路线

2 湿地耗水受植被盖度影响的研究

2.1 国内外研究进展

2.2 盖度-腾发量关系定义

2.3 植被盖度统计及分析

2.4 不同植被盖度下的腾发比及其变化率

2.5 沼泽实际腾发量与潜在腾发量比较

2.6 小结

3 湿地水文分区的思路与方法

3.1 湿地水文分区的思路与方法

3.2 基于小区盖度及地下水位的方法

3.3 基于已有湿地耗水量关系的方法

3.4 连续或破碎的分区结果

3.5 基于湿地水文分区理论的湿地评价体系

3.6 小结

4 灌溉效率提高对湿地分布的影响

4.1 研究背景及目的

4.2 国内外研究进展

4.3 典型研究区概况

4.4 结果与讨论

4.5 灌溉效率和节水情形设计

4.6 节水对湿地和水利用效率的影响

4.7 小结

5 黄河上游水电开发中生态恢复区的水土评价

5.1 国内外研究进展

5.2 研究区概括

5.3 待建恢复区用土分析

5.4 建成恢复区土壤变化

5.5 生态恢复区水土条件的模型预测分析

5.6 小结

6 建成生态恢复区植被状况及最佳灌溉的初步研究

6.1 恢复区植被分布概况

6.2 拉西瓦水电站渣场生态恢复的灌溉优化方案

6.3 小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

7.3 主要创新点

致谢

附录

参考文献